JP2003277056A - Silica-titania composite film, method for manufacturing the same and composite structural body - Google Patents

Silica-titania composite film, method for manufacturing the same and composite structural body

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JP2003277056A JP2002075995A JP2002075995A JP2003277056A JP 2003277056 A JP2003277056 A JP 2003277056A JP 2002075995 A JP2002075995 A JP 2002075995A JP 2002075995 A JP2002075995 A JP 2002075995A JP 2003277056 A JP2003277056 A JP 2003277056A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a silica-titania composite film, a method for manufacturing the same, and a composite structural body. <P>SOLUTION: The method for manufacturing a composite film having one layer or a plurality of layers of metal compound films comprising metals of different kinds from titanium and a titanium oxide film as the outermost surface is carried out in the processes of: (1) immersing a substrate having one layer or a plurality of layers of metal compound films comprising metals of different kinds from titanium on its surface in a titanium alkoxide solution; (2) generating low-density titanate colloid having 1 to 30 nm diameter in the liquid by hydrolysis of the titanium alkoxide; and (3) depositing the colloid on the substrate and dehydrating, polymerizing and condensing the colloid to cover the substrate surface with a titanium oxide. The composite film and the composite structural body having a photocatalytic effect are obtained by the above method. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、新規シリカ−チタ
ニア複合膜とその製造方法及び複合構造体に関するもの
であり、更に詳しくは、チタンとは異種の金属を成分と
する金属化合物膜を1層又は複数層有し、最表層に結晶
質アナタース相からなるチタン酸化物薄膜を有する複合
膜、その製造方法及び複合構造体に関するものである。
本発明は、350℃前後の低温域で均一かつ高品質なチ
タニア薄膜を任意の基体上に形成した複合膜を生産する
方法として有用である。また、その複合膜は、その光触
媒活性を利用した廃水処理や浄水処理などの環境浄化材
料、強親水性を利用した防汚被膜、透明性を利用した干
渉性発色膜、光触媒活性と透明性を併せ持つ特性を利用
した光触媒機能性窓ガラス、高い屈折率を利用した光導
波路形成膜などとして多角的に利用することができる。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a novel silica-titania composite film, a method for producing the same, and a composite structure. More specifically, one layer of a metal compound film containing a metal different from titanium as a component is provided. Alternatively, the present invention relates to a composite film having a plurality of layers and a titanium oxide thin film composed of a crystalline anatase phase on the outermost layer, a method for producing the same, and a composite structure.
INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is useful as a method for producing a composite film in which a uniform and high-quality titania thin film is formed on an arbitrary substrate at a low temperature around 350 ° C. In addition, the composite film uses the photocatalytic activity for environmental purification materials such as wastewater treatment and water purification treatment, anti-fouling film utilizing strong hydrophilicity, coherent coloring film utilizing transparency, photocatalytic activity and transparency. It can be used in various ways as a photocatalytic functional window glass that utilizes the properties that it has and an optical waveguide forming film that utilizes a high refractive index.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、基体表面にチタニア薄膜を形成す
る化学的手法として、例えば、塗布法、ゾル―ゲル法、
化学的気相輸送法、自己組織化単分子膜法、ラングミュ
ア・ブロシェ法、真空中でのスパッタ法、及びゾル−ゲ
ル法とは別種の新しい化学反応による成膜法などが知ら
れている。これらの内、まず、塗布法は、非晶質あるい
は結晶質アナタース相チタニア微粒子をバインダーとと
もに基体に塗布する方法である。ゾル−ゲル法は、チタ
ンアルコキシドのアルコール溶液を安定化剤を添加する
ことにより部分的に加水分解した安定化チタニアゾルを
調製し、これをコーティング液としてディッピング、ス
ピニングなどで基体表面に塗布し、乾燥により基体表面
上で脱水重縮合反応を行わせ安定な非晶質薄膜を形成せ
しめる方法である。この方法では、必要に応じて、加熱
焼成により上記非晶質膜を結晶質アナタース相に転移せ
しめることが行われる。
2. Description of the Related Art Conventional chemical methods for forming a titania thin film on the surface of a substrate include, for example, coating method, sol-gel method,
Known are a chemical vapor transport method, a self-assembled monolayer method, a Langmuir-Brocher method, a sputtering method in a vacuum, and a film forming method by a new chemical reaction different from the sol-gel method. Of these, the coating method is a method in which amorphous or crystalline anatase phase titania fine particles are coated on a substrate together with a binder. In the sol-gel method, a stabilized titania sol partially hydrolyzed by adding a stabilizer to an alcohol solution of titanium alkoxide is prepared, and this is applied as a coating solution to the substrate surface by dipping, spinning, etc., and dried. Is a method of forming a stable amorphous thin film by performing a dehydration polycondensation reaction on the surface of a substrate. In this method, if necessary, the amorphous film is transformed into a crystalline anatase phase by heating and baking.

【0003】化学的気相輸送法は、反応容器内に固定し
た基体に対し、該容器内に気化させたチタン化合物を導
入し、基体表面と該気体との化学結合を利用して基体表
面にチタニア膜を形成する方法である。このとき、基体
を加熱することにより基体表面で結晶質アナタース相を
形成せしめる。自己組織化単分子膜法は、化学的気相輸
送法に類似し、反応容器内に固定した基体に対し、該容
器内にチタン化合物を含む液相あるいは気相を導入し、
基体表面に形成した単分子膜とチタンとの間の化学結合
を利用して基体表面にチタニア膜を形成する方法であ
る。ラングミュア・ブロシェ法は、非晶質チタニアある
いは結晶質アナタース相微粒子を懸濁した疎水性液体を
静置した水上に展開し、その膜をディッピング等の手法
により基体表面に掬い取ることで膜を形成する方法であ
る。
In the chemical vapor transport method, a vaporized titanium compound is introduced into a substrate fixed in a reaction vessel, and the chemical bond between the surface of the substrate and the gas is used to bring it to the surface of the substrate. This is a method of forming a titania film. At this time, the substrate is heated to form a crystalline anatase phase on the surface of the substrate. The self-assembled monolayer method is similar to the chemical vapor transport method, in which a liquid phase or a vapor phase containing a titanium compound is introduced into a vessel fixed to a reaction vessel,
This is a method of forming a titania film on the surface of a substrate by utilizing the chemical bond between a monomolecular film formed on the surface of the substrate and titanium. The Langmuir-Brocher method forms a film by spreading a hydrophobic liquid in which amorphous titania or crystalline anatase phase fine particles are suspended on standing water and scooping the film on the substrate surface by a method such as dipping. Is the way to do it.

【0004】スパッタ法は、高真空反応室内に静置した
基体を加熱して基体表面の反応性を高めるとともに、反
応室中にて加熱あるいはレーザー照射等の手法を用いて
チタン原子あるいは酸化チタン錯体分子を蒸散せしめ、
上記化学的気相輸送法と同様に、基体表面を非晶質チタ
ニアあるいは結晶質アナタース相により被覆せしめる方
法である。更に、上記ゾル−ゲル法とは別種の化学反応
による新たな塗布液を調製し、これの塗布後の焼成によ
るアナタース相チタニア薄膜を作製する成膜技術が開発
されている。この成膜技術では、塗布液を基板に塗布、
乾燥後、400〜500℃で加熱することによりアナタ
ース相チタニア薄膜を得ることができるとされている。
In the sputtering method, the substrate placed in a high-vacuum reaction chamber is heated to increase the reactivity of the substrate surface, and at the same time, a titanium atom or titanium oxide complex is heated in the reaction chamber by a technique such as heating or laser irradiation. Let the molecules evaporate,
Similar to the above chemical vapor transport method, this is a method in which the surface of the substrate is covered with an amorphous titania or crystalline anatase phase. Further, a film forming technique has been developed in which a new coating liquid is prepared by a chemical reaction different from the sol-gel method and the anatase phase titania thin film is formed by baking the coating liquid. In this film forming technology, the coating liquid is applied to the substrate,
After drying, it is said that an anatase phase titania thin film can be obtained by heating at 400 to 500 ° C.

【0005】しかし、上記塗布法により作製された膜の
耐候性は、バインダーの耐候性に依存し、かつ結晶質ア
ナタース相の光触媒活性が強いほどこれによるバインダ
ーの劣化が早いという欠点がある。ゾル―ゲル法は、低
温で比較的短時間に膜形成できる方法であるが、1)塗
布用のゾル液の調製に時間がかかる、2)ゾル液の調製
や塗布を大気中で行うことが難しい、3)膜を形成する
チタニア中に有機物が残存し易く、光触媒機能を発現さ
せるために膜を構成する相を結晶相アナタースへ転移さ
せるには通常600℃以上の高温での焼成を必要とす
る、及び、4)加熱による基体からの元素の拡散によっ
て結晶質アナタース相への結晶化が阻害される、等の問
題がある。
However, the weather resistance of the film produced by the above-mentioned coating method depends on the weather resistance of the binder, and the stronger the photocatalytic activity of the crystalline anatase phase, the faster the deterioration of the binder. The sol-gel method is a method capable of forming a film at a low temperature in a relatively short time, but 1) it takes time to prepare a sol solution for coating, and 2) preparation and coating of the sol solution can be performed in the atmosphere. Difficult, 3) Organic substances are likely to remain in the titania that forms the film, and in order to transfer the phase that forms the film to the crystalline phase anatase in order to express the photocatalytic function, it is usually necessary to bake at a high temperature of 600 ° C. or higher. And 4) there is a problem that the crystallization into the crystalline anatase phase is hindered by the diffusion of the element from the substrate due to the heating.

【0006】上記ラングミュア・ブロシェ法は、基体表
面が疎水性かつ平滑な平面であることが必要である。化
学的気相輸送法、スパッタ法については、それらの手法
自体の問題として、基体の大きさに制限があり、形状が
複雑な面には膜形成が難しく、成膜の可能性が基体の耐
熱性や基体の表面特性に依存する点で汎用性に乏しいと
いう問題がある。また、その反応装置が複雑かつ高額で
あり、高コストである。自己組織化単分子膜法は、基体
の処理手順が煩雑であり、かつ汎用性に乏しいという問
題がある。更に、ゾル−ゲル法とは別種の化学反応によ
るアナタース相チタニア薄膜の成膜技術は、目的とする
アナタース相チタニア薄膜を得るためには400℃以上
で加熱する過程を必要とするが、基体の耐熱限界を考慮
すると、この加熱温度は、更に低いことが望まれる。
The Langmuir-Brochier method requires that the surface of the substrate is hydrophobic and has a smooth flat surface. Regarding the chemical vapor transport method and the sputtering method, the size of the substrate is limited as a problem of the methods themselves, and it is difficult to form a film on a surface having a complicated shape, and the possibility of film formation depends on the heat resistance of the substrate. There is a problem that the versatility is poor in that it depends on the properties and the surface characteristics of the substrate. In addition, the reactor is complicated and expensive, and the cost is high. The self-assembled monolayer method has a problem that the procedure for treating the substrate is complicated and the versatility is poor. Further, the film forming technique of anatase phase titania thin film by a chemical reaction different from the sol-gel method requires a heating process at 400 ° C. or higher to obtain the target anatase phase titania thin film. Considering the heat resistance limit, it is desired that the heating temperature be lower.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】このような状況の中
で、本発明者らは、上記従来技術に鑑みて、上記従来技
術の諸問題を抜本的に解消し、特に、350℃前後の低
温域で、均一かつ高品質のチタン酸化物膜を作製するこ
とを可能とする新しい成膜技術を開発することを目標と
して鋭意研究を積み重ねた結果、特定の条件下で基体上
にシリカ膜を形成し、更に、チタン酸化物膜を形成して
シリカ−チタニア複合膜を構築することにより所期の目
的を達成し得ることを見出し、更に研究を重ねて、本発
明を完成するに至った。すなわち、本発明は、上記従来
技術の課題を解決し、従来の方法に比べてはるかに低温
域で、かつ任意の形状と表面特性を有する任意の材質の
基体表面に成膜することができる新規な結晶質アナター
ス相薄膜の製造方法を提供することを目的とする。ま
た、本発明は、上記方法により作製された均一かつ高品
質の、光触媒作用を有する新規な高機能性シリカ−チタ
ニア複合膜を提供することを目的とする。更に、本発明
は、上記複合膜を任意の構造体の表層に形成して複合化
した当該複合膜を表層に有する、光触媒作用を有する複
合構造体を提供することを目的とする。
Under the circumstances, the present inventors have drastically solved the above-mentioned problems of the prior art in view of the above-mentioned prior art, and particularly, the low temperature around 350 ° C. In the region, as a result of intensive research aimed at developing a new film forming technology that enables the production of a uniform and high quality titanium oxide film, a silica film is formed on the substrate under specific conditions. Moreover, they have further found that the intended purpose can be achieved by forming a titanium oxide film to construct a silica-titania composite film, and further researches have led to the completion of the present invention. That is, the present invention solves the above-mentioned problems of the prior art, and can form a film on a substrate surface of an arbitrary material having an arbitrary shape and surface characteristics at a much lower temperature range than the conventional method. An object of the present invention is to provide a method for producing a crystalline anatase phase thin film. Another object of the present invention is to provide a uniform and high quality novel photocatalytic highly functional silica-titania composite film produced by the above method. A further object of the present invention is to provide a composite structure having a photocatalytic action, which has the composite film formed by forming the composite film on the surface layer of an arbitrary structure to form a composite.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明は、以下の技術的手段によって構成される。 (1)チタンとは異種の金属を成分とする金属化合物膜
を1層又は複数層有し、最表面にチタン酸化物膜を有す
る複合膜を製造する方法であって、(a)チタンアルコ
キシド溶液中に、チタンとは異種の金属を成分とする金
属化合物膜を表面に1層又は複数層有する基体を浸漬す
る、(b)該チタンアルコキシドを加水分解することに
より液中に直径1〜30nmの低密度チタン酸コロイド
を生ぜしめる、(c)これらの基体への付着と脱水重縮
合により液中で該基体の表面をチタン酸化物を以て被覆
せしめる、ことを特徴とする複合膜の製造方法。 (2)チタンとは異種の金属を成分とする金属化合物膜
が、非晶質シリカからなる前記(1)に記載の方法。 (3)非晶質シリカからなる膜が、熱処理により高密度
化されている前記(2)に記載の方法。 (4)チタンアルコキシドが、チタンテトラメトキシ
ド、チタンテトラエトキシド、チタンテトライソプロポ
キシド、及びチタンテトラブトキシドの群から選ばれた
少なくとも1種以上である前記(1)に記載の方法。 (5)溶媒であるアルコールが、メタノール、エタノー
ル、及びイソプロパノールの群から選ばれた少なくとも
1種以上である前記(1)に記載の方法。 (6)上記反応液の保持温度が、0℃以上100℃以下
である前記(1)記載の方法。 (7)前記(1)から(6)のいずれかに記載の方法に
より得られた複合膜を、熱処理することでチタン酸化物
を結晶質アナタース相に転移せしめることを特徴とする
複合膜の製造方法。 (8)300℃以上1000℃以下で熱処理する前記
(6)に記載の方法。 (9)前記(1)から(8)のいずれかに記載の方法に
より得られた複合膜であって、基体の表面に接合され
た、均一な0.01−100μmの厚みの、チタンとは
異種の金属を成分とする金属化合物膜を1層又は複数層
有し、最表面に均一な0.01−100μmの厚みのチ
タン酸化物膜を有することを特徴とする複合膜。 (10)前記(9)に記載の複合膜を表層に有すること
を特徴とする光触媒作用を有する複合構造体。
The present invention for solving the above problems is constituted by the following technical means. (1) A method of producing a composite film having one or more metal compound films containing a metal different from titanium as a component, and having a titanium oxide film on the outermost surface, which comprises (a) a titanium alkoxide solution A substrate having one or more layers of a metal compound film containing a metal different from titanium as a component is immersed therein. (B) The titanium alkoxide is hydrolyzed to have a diameter of 1 to 30 nm in the liquid. A method for producing a composite film, which comprises producing a low-density titanic acid colloid, and (c) coating the surface of the substrate with titanium oxide in a liquid by adhesion to these substrates and dehydration polycondensation. (2) The method according to (1) above, wherein the metal compound film containing a metal different from titanium as a component is made of amorphous silica. (3) The method according to (2) above, wherein the film made of amorphous silica is densified by heat treatment. (4) The method according to (1) above, wherein the titanium alkoxide is at least one selected from the group consisting of titanium tetramethoxide, titanium tetraethoxide, titanium tetraisopropoxide, and titanium tetrabutoxide. (5) The method according to (1) above, wherein the alcohol as the solvent is at least one selected from the group consisting of methanol, ethanol, and isopropanol. (6) The method according to (1) above, wherein the holding temperature of the reaction solution is 0 ° C. or higher and 100 ° C. or lower. (7) Production of a composite film, characterized in that the composite film obtained by the method according to any one of (1) to (6) is heat-treated to transform titanium oxide into a crystalline anatase phase. Method. (8) The method according to (6) above, wherein the heat treatment is performed at 300 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower. (9) The composite film obtained by the method according to any one of (1) to (8) above, wherein titanium having a uniform thickness of 0.01 to 100 μm and joined to the surface of the substrate is titanium. A composite film having one or a plurality of metal compound films containing different metals as components, and having a titanium oxide film having a uniform thickness of 0.01-100 μm on the outermost surface. (10) A composite structure having a photocatalytic action, comprising the composite film according to (9) above in a surface layer.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】次に、本発明を更に詳細に説明す
る本発明者らは、上記従来技術の課題を解決するため
に、鋭意研究を重ねた結果、1)チタンアルコキシド、
アルコール、水からなる溶液中で加水分解したチタンア
ルコキシドが、直径数十ナノメートル以下の過渡的なチ
タン酸コロイド一次粒子を形成すること、2)チタンア
ルコキシド、アルコール、水からなる溶液に基体を浸漬
しておくことにより、それらが溶液内でのブラウン運動
とファンデルワールス結合により基体表面に付着し、基
体の表面にチタニア薄膜が形成されること、を見出し
た。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Next, as a result of intensive studies conducted by the present inventors to describe the present invention in more detail, 1) a titanium alkoxide,
Titanium alkoxide hydrolyzed in a solution consisting of alcohol and water forms transient primary particles of titanic acid colloid having a diameter of several tens of nanometers or less. 2) Immersing a substrate in a solution consisting of titanium alkoxide, alcohol and water By doing so, they found that they adhere to the surface of the substrate due to Brownian motion and van der Waals bonds in the solution, and a titania thin film is formed on the surface of the substrate.

【0010】更に、本発明者らは、3)該薄膜と基体と
の間にチタンとは異種の金属を成分とする金属化合物
膜、例えば、非晶質シリカ薄膜、を置くことにより、基
体よりチタニア薄膜への元素の拡散を確実に阻害し、そ
れにより、均一かつ高品質のチタニア薄膜の形成を可能
とし、更に、該複合膜を350℃前後で加熱焼成するこ
とにより、該複合膜の最表層であるチタニアを容易に結
晶相アナタースへと転移せしめることが可能であるこ
と、を見出した。
Further, the inventors of the present invention 3) place a metal compound film containing a metal different from titanium as a component, for example, an amorphous silica thin film, between the thin film and the substrate, thereby It surely inhibits the diffusion of elements into the titania thin film, thereby enabling the formation of a uniform and high-quality titania thin film. Furthermore, by heating and burning the composite film at around 350 ° C., It was found that it is possible to easily transform the titania, which is the surface layer, into the crystalline phase anatase.

【0011】本発明は、基体の表面と該チタン酸化物と
の間に、均一な0.01−100μmの厚みのチタン以
外の金属の酸化物膜等の金属化合物膜、好ましくは非晶
質シリカ膜を有するものであって、最表層をなす均一な
0.01−100μmの厚みのチタン酸化物が結晶質ア
ナタース相であることを特徴とする複合膜に係るもので
あり、更に、本発明は、その複合膜の製造方法、及び表
面にその複合膜を有する高機能性複合構造体、に係るも
のである。
The present invention provides a metal compound film such as an oxide film of a metal other than titanium having a uniform thickness of 0.01 to 100 μm, preferably an amorphous silica, between the surface of a substrate and the titanium oxide. The present invention relates to a composite film having a film, characterized in that a uniform titanium oxide having a thickness of 0.01 to 100 μm forming the outermost layer is a crystalline anatase phase. The present invention relates to a method for producing the composite film, and a highly functional composite structure having the composite film on the surface.

【0012】本発明の、最表層が結晶質アナタース相チ
タニア薄膜である複合膜は、基本的には、a)基体表面
を一層あるいは複数層のチタン以外の金属の金属化合物
膜、例えば、金属酸化物薄膜、で被覆する、b)前記
a)の基体を非晶質チタニア薄膜で被覆する、c)前記
b)を300℃以上の温度で焼成する、という段階を経
て作製される。チタン以外の金属の金属化合物膜、例え
ば、酸化物薄膜は、基体とチタニア薄膜との間にあっ
て、基体とチタニア薄膜間の元素の拡散を阻害するこ
と、それにより、均一かつ高品質のチタニア薄膜を形成
することを可能とすること、を目的として形成される。
これらの目的のためには、結晶質あるいはシリカ膜の使
用が好ましく、また、上記目的を達成できるものであれ
ば非晶質シリカ膜でよい。しかし、これらに制限される
ものではなく、高温で反応性の低い化合物、例えば、ケ
イ素化合物、好ましくは窒化ケイ素、他の窒化物等、こ
れらと同効のものであれば同様に使用することができ
る。
The composite film of the present invention, the outermost layer of which is a crystalline anatase phase titania thin film, basically comprises: a) a single surface or a plurality of layers of a metal compound film of a metal other than titanium, such as a metal oxide. It is produced through the steps of b) coating the substrate of a) with an amorphous titania thin film, and c) firing b) at a temperature of 300 ° C. or higher. A metal compound film of a metal other than titanium, for example, an oxide thin film, is present between the substrate and the titania thin film and inhibits diffusion of elements between the substrate and the titania thin film, thereby providing a uniform and high-quality titania thin film. It is formed for the purpose of enabling the formation.
For these purposes, it is preferable to use a crystalline or silica film, and an amorphous silica film may be used as long as the above object can be achieved. However, the compound is not limited to these, and a compound having low reactivity at high temperature, for example, a silicon compound, preferably silicon nitride, other nitrides, etc., may be similarly used as long as they have the same effect. it can.

【0013】非晶質シリカ膜の作製には、好適には、シ
リコンアルコキシド、アルコール、水及びアンモニアか
らなる溶液中に基体を浸漬し、該シリコンアルコキシド
を加水分解して該基体の表面に非晶質シリカ膜を形成す
る。この場合、反応液を動的な状態(非静止条件)に保
持させることが必要とされる。それにより、膜形成過程
を最適化して均一かつ高品質のシリカ薄膜を形成するこ
とができる。目的の厚さを達成しない時にはこの操作を
繰り返し、得られたシリカ膜被覆基体を乾燥させて、必
要であれば、300℃以上1000℃以下、好ましくは
350℃前後の温度で加熱焼成することにより該シリカ
膜を高密度なものとする、等の方法が用いられる。しか
し、これらの方法に制限されるものではない。この非晶
質シリカ膜は、熱処理により更に高密度化されているこ
とが好ましい。この高密度化された非晶質シリカを基体
とチタニア膜との間に形成することにより、基体よりチ
タニア薄膜への元素の拡散を確実に阻害することがで
き、それにより、均一かつ高品質で高耐久性のチタニア
膜の形成が可能となる。このような非晶質シリカ膜を形
成しない場合には、後記する実施例に示されるように、
上記チタニア膜を高純度の結晶アナタース相へ転移させ
ることは困難である。本発明の方法では、前記の非晶質
シリカ膜の作製方法における、該シリカ膜の形成は、基
体の大きさ、材質、形状、表面の親水性/疎水性の別に
影響されることがない。
For the preparation of the amorphous silica film, preferably, the substrate is immersed in a solution containing silicon alkoxide, alcohol, water and ammonia, and the silicon alkoxide is hydrolyzed to form an amorphous film on the surface of the substrate. Forming a high quality silica film. In this case, it is necessary to keep the reaction liquid in a dynamic state (non-stationary condition). Thereby, the film forming process can be optimized to form a uniform and high-quality silica thin film. When the desired thickness is not achieved, this operation is repeated, the obtained silica film-coated substrate is dried, and if necessary, heated and calcined at a temperature of 300 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower, preferably around 350 ° C. A method such as making the silica film have a high density is used. However, it is not limited to these methods. This amorphous silica film is preferably further densified by heat treatment. By forming this highly densified amorphous silica between the substrate and the titania film, it is possible to reliably prevent the diffusion of elements from the substrate to the titania thin film, thereby providing uniform and high quality. It becomes possible to form a highly durable titania film. When such an amorphous silica film is not formed, as shown in Examples described later,
It is difficult to transform the titania film into a high-purity crystalline anatase phase. In the method of the present invention, the formation of the silica film in the method for producing an amorphous silica film is not affected by the size, material, shape of the substrate and hydrophilicity / hydrophobicity of the surface.

【0014】そのため、このシリカ膜とその上に接合さ
れたチタニア膜によって構成される本発明のシリカ−チ
タニア複合膜の形成も、また、基体の大きさ、材質、形
状、表面の親水性/疎水性の別に影響されることがな
い。これにより、任意の形状と表面特性を有する任意の
材質の基体表面にチタニア膜を形成することが可能とな
る。本発明において、基体としては、例えば、金属、金
属酸化物、ソーダライムガラスやシリカガラス等のガラ
ス、ポリエチレンやポリスチレン等のプラスチクス、シ
リコンゴムなどが例示されるが、これらに制限されるも
のではなく、いずれのものでもよい。基体の表面状態
は、平滑であっても凹凸があってもよい。また、基体表
面は、親水性であっても疎水性であってもよく、これら
の性状は特に制限されない。
Therefore, the formation of the silica-titania composite film of the present invention composed of this silica film and the titania film bonded thereon also requires that the size, material, shape and hydrophilicity / hydrophobicity of the substrate are used. Not affected by gender. As a result, it becomes possible to form the titania film on the surface of the substrate made of any material having any shape and surface characteristics. In the present invention, examples of the base include, but are not limited to, metals, metal oxides, glasses such as soda lime glass and silica glass, plastics such as polyethylene and polystyrene, and silicone rubber. , Any one is acceptable. The surface condition of the substrate may be smooth or uneven. Further, the surface of the substrate may be hydrophilic or hydrophobic, and these properties are not particularly limited.

【0015】本発明では、結晶質アナタース相の薄膜形
成に至る前段階としての非晶質チタニア薄膜の形成は、
チタンアルコキシド、アルコール、水からなる溶液中に
基体を浸漬し、所定時間保持することにより、チタンア
ルコキシドを加水分解して液中に直径1〜30nmの低
密度チタン酸コロイドを生成させ、これらの基体への付
着と脱水重縮合により該基体の表面にチタン酸化物膜を
形成し、一度の操作によって目的の厚さを達成できない
時にはこの操作を繰り返すことにより実施される。前記
の非晶質チタニア膜の生成は、溶媒中で生成する直径数
十ナノメートル以下の過渡的なチタン酸コロイド一次粒
子を基体表面に付着せしむることに因るものであるか
ら、非晶質チタニア膜の形成は、基体の大きさ、材質、
形状、表面の親水性/疎水性の別に影響されない。その
ため、例えば、非晶質チタニア膜部の形成に先立ち、下
層のシリカ膜部の表面を化学的に修飾することができ
る。
In the present invention, the formation of the amorphous titania thin film as a step before the formation of the crystalline anatase phase thin film is
By immersing the substrate in a solution composed of titanium alkoxide, alcohol and water and holding it for a predetermined time, the titanium alkoxide is hydrolyzed to form a low density titanic acid colloid having a diameter of 1 to 30 nm in the liquid. It is carried out by forming a titanium oxide film on the surface of the substrate by adhesion to the substrate and dehydration polycondensation, and repeating this operation when the target thickness cannot be achieved by one operation. The formation of the above-mentioned amorphous titania film is due to the fact that transient titanic acid colloidal primary particles having a diameter of several tens of nanometers or less which are generated in a solvent are attached to the surface of the substrate. The formation of a quality titania film depends on the size, material, and
It is not affected by the shape and hydrophilicity / hydrophobicity of the surface. Therefore, for example, the surface of the lower silica film portion can be chemically modified prior to the formation of the amorphous titania film portion.

【0016】基体表面に均一かつ高品質のチタニア膜が
形成されるかどうかは、チタンアルコキシドが加水分解
して生成するチタン酸の重合状態と直径数十ナノメート
ル以下の過渡的なチタン酸コロイド一次粒子の生成カイ
ネティクスに支配されており、調製する溶液組成のう
ち、チタンアルコキシドと水との量比は重要である。し
たがって、チタンアルコキシドの濃度は、どとらかと言
えば重要ではなく、基本的には、チタンアルコキシドの
濃度を下げた場合には、水の濃度を上げること、及び長
時間の反応時間を設定すること、によってチタニア膜を
形成することができる。
Whether a uniform and high-quality titania film is formed on the surface of the substrate depends on the polymerization state of titanic acid produced by hydrolysis of titanium alkoxide and the transient titanic acid colloid primary with a diameter of several tens of nanometers or less. It is governed by the kinetics of particle formation, and the amount ratio of titanium alkoxide to water is important in the composition of the prepared solution. Therefore, the concentration of titanium alkoxide is not so important. Basically, when the concentration of titanium alkoxide is decreased, increase the concentration of water and set a long reaction time. , To form a titania film.

【0017】本発明においては、前述のとおり、チタン
アルコキシドとしては、チタンメトキシド、チタンエト
キシド、チタンイソプロポキシド、及びチタンブトキシ
ドのうちの一つあるいは二つ以上の混合物が使用される
が、好ましくは、チタンテトラエトキシドあるいはチタ
ンテトライソプロポキシドを使用される。溶媒として
は、メタノール、エタノール、イソプロパノール、ブタ
ノールのうちの一つあるいは二つ以上の混合物が使用さ
れるが、好ましくは、エタノールあるいはイソプロパノ
ールを使用される。その濃度範囲は、好適には、0.0
1〜1.0mol/lであり、望ましい濃度範囲は、
0.025〜0.1mol/lである。
In the present invention, as described above, as the titanium alkoxide, one or a mixture of two or more of titanium methoxide, titanium ethoxide, titanium isopropoxide and titanium butoxide is used. Preferably, titanium tetraethoxide or titanium tetraisopropoxide is used. As the solvent, one or a mixture of two or more of methanol, ethanol, isopropanol and butanol is used, and preferably ethanol or isopropanol is used. The concentration range is preferably 0.0
1 to 1.0 mol / l, and the desirable concentration range is
It is 0.025 to 0.1 mol / l.

【0018】水は、加水分解を起こし、チタン酸コロイ
ドを生成させるのに必要である。その量は、チタンアル
コキシドに対してモル比で1〜100の範囲である。上
記膜形成過程における反応液の保持温度は、氷点下であ
ってもよいが、0℃以上100℃以下が好ましい。更に
好ましくは、室温付近である。この場合、反応は、溶媒
の揮発を防ぐ目的で、密閉容器で行うことが好ましい。
Water is necessary to cause hydrolysis and to form a titanic acid colloid. The amount thereof is in the range of 1 to 100 by molar ratio with respect to the titanium alkoxide. The holding temperature of the reaction solution in the film formation process may be below freezing, but is preferably 0 ° C or higher and 100 ° C or lower. More preferably, it is around room temperature. In this case, the reaction is preferably carried out in a closed container for the purpose of preventing volatilization of the solvent.

【0019】上記反応は、静置して行ってもよいが、均
一な膜を得るためには反応液を動的な状態に保持するこ
とが好ましく、そのための方法として、溶液を循環させ
ること、基体を振動させること、反応槽を震盪させるこ
と等により、反応を震盪環境下(非静置条件下)で行う
ことが好ましい。本発明の方法において、膜の形成速度
は、保持時間の対数関数として表すことができる。ま
た、膜の形成は、チタンアルコキシドが加水分解して生
成する直径数十ナノメートル以下の過渡的なチタン酸コ
ロイド一次粒子の付着に因っているため、基体の浸漬開
始時間と保持時間を適宜設定することによって、膜厚を
厳密に制御することができる。本発明で得られる非晶質
チタニア膜は、300℃以上1000℃以下、好ましく
は350℃前後で焼成することで、高純度、かつ高密度
の結晶質アナタース相へと転移させることができる。こ
のときに、膜構造内部に含有されていたOH、アルキル
基を除去することができ、これにより、最表層が、純度
の高い結晶質アナタース相からなる複合膜を形成するこ
とができる。
The above reaction may be carried out by allowing it to stand, but it is preferable to keep the reaction solution in a dynamic state in order to obtain a uniform film. As a method therefor, circulating the solution, The reaction is preferably performed in a shaking environment (non-stationary condition) by vibrating the substrate, shaking the reaction tank, or the like. In the method of the present invention, the rate of film formation can be expressed as a logarithmic function of the retention time. Further, since the film formation is due to the transient adhesion of primary particles of colloidal titanic acid colloid having a diameter of several tens of nanometers or less, which is generated by the hydrolysis of titanium alkoxide, the starting time of immersion of the substrate and the holding time should be set appropriately. By setting, the film thickness can be strictly controlled. The amorphous titania film obtained in the present invention can be transformed into a highly pure and high density crystalline anatase phase by firing at 300 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower, preferably around 350 ° C. At this time, the OH and alkyl groups contained in the film structure can be removed, and thus the outermost layer can form a composite film having a highly pure crystalline anatase phase.

【0020】[0020]

【作用】本発明では、チタンアルコキシド溶液中に、チ
タンとは異なる異種の金属を成分とする金属化合物膜、
例えば、金属酸化物膜、好適には、シリカ膜を表面に1
層又は複数層有する基体を浸漬し、該チタンアルコキシ
ドを加水分解することにより液中に直径1〜30nmの
低密度チタン酸コロイドを生成させ、これらの基体への
付着と脱水重縮合により液中で基体の表面にチタン酸化
物膜を形成させる過程で、これらを最適化することで基
体上に均一かつ高品質のチタニア膜を形成することが可
能となる。本発明では、上記チタニア膜部の下層に上記
シリカ膜部を形成することで基体よりチタニア薄膜への
元素の拡散を確実に阻害することができ、それにより、
上記均一かつ高品質で高耐久性のチタニア膜の形成が可
能となる。
In the present invention, in the titanium alkoxide solution, a metal compound film containing a different metal different from titanium as a component,
For example, a metal oxide film, preferably a silica film on the surface 1
A substrate having a layer or a plurality of layers is dipped, and the titanium alkoxide is hydrolyzed to generate a low-density titanic acid colloid having a diameter of 1 to 30 nm in the liquid, and adhesion to these substrates and dehydration polycondensation are performed in the liquid. By optimizing these in the process of forming the titanium oxide film on the surface of the substrate, it becomes possible to form a uniform and high-quality titania film on the substrate. In the present invention, it is possible to reliably inhibit the diffusion of the element from the substrate to the titania thin film by forming the silica film portion in the lower layer of the titania film portion, thereby,
It becomes possible to form a uniform and high-quality and highly durable titania film.

【0021】本発明の方法は、任意の形状と表面特性を
有する任意の材質の基体表面に上記チタニア膜を形成し
た複合体を作製することを可能とする。また、上記複合
体を300℃以上1000℃以下、好ましくは350℃
前後の低温域で焼成することにより高純度の結晶質アナ
タース相へ転移させることができる。チタンアルコキシ
ドの加水分解によって生じた過渡的なチタン酸は、液中
で凝縮と再溶解を繰り返しており、凝縮によって形成さ
れた過渡的なチタン酸コロイドのうち、互いに衝突して
表面積/体積比が小さくなったものだけが再溶解を免れ
て固相となる。この過渡的なチタン酸コロイドは反応が
進行する間、常に生成と溶解を繰り返しており、かつそ
の大きさは溶存チタン酸の過飽和度に比例する。本発明
は、この事実の発見により、反応が進行している間であ
れば基体の浸漬開始と継続時間を任意に設定しても基体
表面にチタニア膜を形成できることを実現化したもので
ある。
The method of the present invention makes it possible to prepare a composite having the above-mentioned titania film formed on the surface of a substrate of any material having any shape and surface characteristics. In addition, the above-mentioned composite body is above 300 ℃ and below 1000 ℃, preferably 350 ℃
By firing in a low temperature region before and after, it is possible to transform into a highly pure crystalline anatase phase. The transient titanic acid generated by the hydrolysis of titanium alkoxide is repeatedly condensed and redissolved in the liquid, and among the transient titanic acid colloids formed by condensation, they collide with each other and have a surface area / volume ratio. Only the smaller one escapes re-dissolution and becomes the solid phase. This transient titanic acid colloid constantly repeats production and dissolution during the progress of the reaction, and its size is proportional to the degree of supersaturation of dissolved titanic acid. According to the discovery of this fact, the present invention has realized that a titania film can be formed on the surface of a substrate even if the initiation and duration of immersion of the substrate are arbitrarily set while the reaction is in progress.

【0022】[0022]

【実施例】以下、実施例によって本発明を具体的に説明
するが、本発明は、以下の実施例によって何ら限定され
るものではない 実施例1 (1)シリカ薄膜の形成 本実施例では、ソーダライムガラス板を基体として使用
した。シリカ膜を、以下の手順により形成した。反応時
にシリコンテトラエトキシド0.22mol/lとなる
ようにこれをエタノールに溶解した溶液、並びに反応時
に水6.0mol/l、アンモニア2.0mol/lと
なるようにこれらをエタノールに溶解した溶液を調製
し、前者に基体を浸漬した。前者の容器を震盪して反応
液を動的な状態に保持した状態でこれに後者を投入した
後、容器をフィルムで密閉し、震盪しつつ20℃で保持
した。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be specifically described by way of examples, but the present invention is not limited to the following examples. (1) Formation of silica thin film In the present examples, A soda lime glass plate was used as the substrate. The silica film was formed by the following procedure. A solution prepared by dissolving silicon tetraethoxide in ethanol so that the reaction would be 0.22 mol / l, and a solution prepared by dissolving these in ethanol so that water was 6.0 mol / l and ammonia 2.0 mol / l during the reaction. Was prepared and the substrate was immersed in the former. The former container was shaken to keep the reaction liquid in a dynamic state, and the latter was added thereto. Then, the container was sealed with a film and kept at 20 ° C. while shaking.

【0023】2時間が経過した後に、基体を取りだし、
これを、エタノール120mlに対して水0.648m
lを加えたもので洗浄し、70℃で乾燥した後、350
℃にて48時間焼成した。得られたシリカ膜の膜厚を、
原子間力顕微鏡(AFM)で調べた結果、膜厚は0.1
2μmであった。シリカ膜の表面粗さはRMS粗さで1
nmであった。
After 2 hours, the substrate was taken out,
0.648 m of water for 120 ml of ethanol
1-washed, dried at 70 ℃, 350
It was baked at 48 ° C. for 48 hours. The thickness of the obtained silica film,
As a result of examination with an atomic force microscope (AFM), the film thickness is 0.1.
It was 2 μm. The surface roughness of the silica film is RMS roughness 1
was nm.

【0024】(2)チタニア膜の形成 次に、チタニア膜を、以下の手順により形成した。チタ
ンエトキシド1.35gとイソプロパノール100ml
を混合した溶液、並びに水0.648mlとイソプロパ
ノール20mlを混合した溶液を調製し、前者に基体を
浸漬した。前者の容器を震盪して反応液を震盪した状態
でこれに後者を投入した後、容器をフィルムで密閉し、
20℃で震盪しつつ保持した。
(2) Formation of Titania Film Next, a titania film was formed by the following procedure. Titanium ethoxide 1.35g and isopropanol 100ml
And a solution of 0.648 ml of water and 20 ml of isopropanol were prepared, and the substrate was immersed in the former. After shaking the former container and shaking the reaction solution and adding the latter to it, the container was sealed with a film,
Hold at 20 ° C. with shaking.

【0025】4時間及び8時間経過した時点で、基体を
取りだし、これを70℃で2時間乾燥した。対照とし
て、1)表面にシリカ薄膜を有しないソーダライムガラ
ス基体、及び、2)表面にシリカ薄膜を有するがシリカ
薄膜形成後チタニア薄膜形成前に350℃での焼成を経
ないソーダライムガラス基体、にも同様の処理を行っ
た。その後、これらの試料を350℃で加熱焼成した。
After 4 hours and 8 hours, the substrate was taken out and dried at 70 ° C. for 2 hours. As a control, 1) a soda lime glass substrate having no silica thin film on the surface, and 2) a soda lime glass substrate having a silica thin film on the surface but not subjected to firing at 350 ° C. after forming the silica thin film and before forming the titania thin film, The same process was performed on the. Then, these samples were heated and baked at 350 ° C.

【0026】(3)結果 作製された未焼成のチタニア薄膜の一部を剥離し、原子
間力顕微鏡で膜厚を計測した。その結果、膜厚は4時間
及び8時間の製膜処理を行ったものについて、それぞれ
0.09μm、0.18μmであった。次に、X線回折
装置で結晶相の有無について調べた。その結果、いずれ
の試料についても結晶相に起因する回折線は見られなか
った。次に、加熱焼成した試料について、X線回折装置
で結晶相の有無について調べたところ、ソーダライムガ
ラスとチタニア薄膜との間にシリカ薄膜を有し、チタニ
ア膜厚が0.18μmであり、かつシリカ薄膜について
350℃での焼成を経たものについてのみ結晶質アナタ
ース相に起因する回折線が観測された(図2)。
(3) A part of the resulting unfired titania thin film was peeled off and the film thickness was measured by an atomic force microscope. As a result, the film thickness was 0.09 μm and 0.18 μm for the films subjected to the film forming treatment for 4 hours and 8 hours, respectively. Next, the presence or absence of a crystal phase was examined with an X-ray diffraction device. As a result, no diffraction line due to the crystal phase was observed in any of the samples. Next, the heat-fired sample was examined by an X-ray diffractometer for the presence or absence of a crystal phase. As a result, a silica thin film was present between the soda lime glass and the titania thin film, and the titania film thickness was 0.18 μm, and The diffraction line due to the crystalline anatase phase was observed only for the silica thin film that had been baked at 350 ° C (Fig. 2).

【0027】シリカ薄膜について、350℃での焼成を
経たものであっても、チタニア膜厚が0.09μmより
薄いものについては、結晶質アナタース相に起因する回
折線は観察されなかった。このシリカ薄膜について、焼
成条件を450℃、10時間としたものについても、こ
れと同様の結果が得られた。これらの実験から、シリカ
薄膜が厚いほど基体からの元素の拡散が阻害されるの
で、チタニア膜が薄くてもアナタース相に転移できるこ
と、また、シリカ膜が薄くても、チタニア膜が厚ければ
アナタース相に転移できること、が分かった。
No diffraction line due to the crystalline anatase phase was observed for the silica thin film having a titania film thickness of less than 0.09 μm even after being subjected to firing at 350 ° C. Similar results were obtained for this silica thin film when the firing conditions were 450 ° C. and 10 hours. From these experiments, the thicker the silica thin film is, the more the diffusion of elements from the substrate is hindered. Therefore, even if the titania film is thin, it can be transformed into the anatase phase. It turned out that the phase can be changed.

【0028】実施例2 上記実施例1と同様にして、シリカ膜の形成とチタニア
膜の形成を行った。シリカ膜の膜厚を0.24μmとし
たものは、チタニア膜形成時間が4時間であった。チタ
ニア膜厚が0.09μmであるものについても、シリカ
膜の膜厚を0.24μmとすることによって350℃で
48時間の焼成を経たものは結晶質アナタース相に起因
する回折線が観測された(図3)。
Example 2 A silica film and a titania film were formed in the same manner as in Example 1 above. When the thickness of the silica film was 0.24 μm, the titania film formation time was 4 hours. Even when the titania film thickness was 0.09 μm, the diffraction line due to the crystalline anatase phase was observed in the film that had been baked at 350 ° C. for 48 hours by setting the silica film film thickness to 0.24 μm. (Figure 3).

【0029】実施例3 上記実施例1と同様にして、チタンアルコキシドをチタ
ンイソプロポキシドとし、シリカ膜の代わりにシリカガ
ラス板を使用したもので、チタニア膜形成時間が6時間
であって、チタニア膜厚が0.14μmであるものにつ
いても、結晶質アナタース相に起因する回折線が観測さ
れた。この時の焼成温度は、実施例1及び2と比して低
く、300℃であった。
Example 3 In the same manner as in Example 1, except that titanium isopropoxide was used as the titanium alkoxide and a silica glass plate was used instead of the silica film, the titania film formation time was 6 hours, and the titania film was formed. Diffraction lines due to the crystalline anatase phase were also observed for the film having a film thickness of 0.14 μm. The firing temperature at this time was 300 ° C., which was lower than those in Examples 1 and 2.

【0030】実施例4 上記実施例1と同様の方法によりチタニア膜を基体に形
成して、シリコン板及びソーダライムガラス板を基体と
したときのチタニア膜の膜厚について調べた。その結
果、チタニア膜厚は、反応時間t(分)の対数関数とし
て次式で表されることが分かった(図4)。 シリコン板上:d(nm)= 232 log(t)−
451 ソーダライムガラス板上:d(nm)= 243 lo
g(t)−475
Example 4 A titania film was formed on a substrate by the same method as in Example 1 above, and the film thickness of the titania film when a silicon plate and a soda lime glass plate were used as the substrate was examined. As a result, it was found that the titania film thickness is expressed by the following equation as a logarithmic function of the reaction time t (minute) (FIG. 4). On silicon plate: d (nm) = 232 log (t)-
451 On soda lime glass plate: d (nm) = 243 lo
g (t) -475

【0031】実施例5 上記実施例1において、溶媒をエタノールとし、親水性
基板としてシリコン板を、及び、強疎水性基板として表
面が強疎水性である 1H, 1H, 2H, 2H-perfluorodecyltr
imethoxysilane単分子膜にて化学修飾(フッ素処理)し
たシリコン板を基体として使用した他は、上記実施例1
と同様にして、チタニア膜を形成した。得られたチタニ
ア膜の膜厚を原子間力顕微鏡で計測して調べた結果、膜
厚は反応時間t(分)の対数関数として次式で表される
ことが分かった(図5)。未処理シリコン板上:d(n
m)=141.89log(t)−131.17疎水処
理シリコン板上:d(nm)=127.23log
(t)−119.33
Example 5 In Example 1 above, the solvent was ethanol, the hydrophilic substrate was a silicon plate, and the strongly hydrophobic substrate was 1H, 1H, 2H, 2H-perfluorodecyltr having a strongly hydrophobic surface.
Example 1 except that a silicon plate chemically modified (fluorine treated) with an imethoxysilane monomolecular film was used as a substrate
A titania film was formed in the same manner as in. As a result of measuring the film thickness of the obtained titania film by measuring with an atomic force microscope, it was found that the film thickness was expressed by the following equation as a logarithmic function of the reaction time t (min) (FIG. 5). On untreated silicon plate: d (n
m) = 141.89 log (t) -131.17 on hydrophobically treated silicon plate: d (nm) = 127.23 log
(T) -119.33

【0032】実施例6 上記実施例1において作製した、シリカ膜厚が0.12
μm、チタニア膜厚が0.18μmであり、かつ結晶質
アナタース相である複合膜を、片面に接合したソーダラ
イムガラスについて、紫外−可視光領域での光の透過率
を計測した。その結果、可視光領域全般に亘って透光率
の低下は10%程度の低い値であることが分かった(図
6)。また、この複合膜の光触媒活性を常法により調べ
たところ、上記結晶質チタニア膜による優れた光触媒作
用を有することが分かった。
Example 6 The silica film thickness produced in the above Example 1 was 0.12.
The light transmittance in the ultraviolet-visible light region was measured for soda lime glass in which a composite film having a thickness of 0.1 μm and a titania film thickness of 0.18 μm and a crystalline anatase phase was bonded to one surface. As a result, it was found that the decrease in the light transmittance over the entire visible light region was a low value of about 10% (FIG. 6). Further, when the photocatalytic activity of this composite film was investigated by a conventional method, it was found that the crystalline titania film had an excellent photocatalytic action.

【0033】[0033]

【発明の効果】以上詳述したように、本発明は、シリカ
−チタニア複合膜、その製造方法及び複合構造体に係る
ものであり、本発明により、以下のような格別の作用効
果が奏される。 (1)本発明のシリカ−チタニア複合膜の製造方法によ
れば、基体の耐熱温度が300℃以上であれば結晶質ア
ナタース相薄膜を任意の表面状態かつ任意の表面形状の
基体の上に形成することができる。 (2)この結晶質アナタース薄膜は、その光触媒活性を
利用した廃水処理や浄水処理などの環境浄化用途、強親
水性を利用した防汚被膜や透明性を利用した干渉性発色
膜などの表面装飾用途、光触媒活性と透明性を併せ持つ
ことを利用した光触媒機能性窓ガラスなど住環境改善用
途、高い屈折率を利用した光導波路形成膜などの工業的
用途に好適に利用することができる。 (3)上記複合膜を表層に形成した、光触媒作用を有す
る複合構造体を提供することができる。
As described in detail above, the present invention relates to a silica-titania composite film, a method for producing the same, and a composite structure, and the present invention has the following special operational effects. It (1) According to the method for producing a silica-titania composite film of the present invention, a crystalline anatase phase thin film is formed on a substrate having an arbitrary surface state and an arbitrary surface shape if the heat resistant temperature of the substrate is 300 ° C. or higher. can do. (2) This crystalline anatase thin film is used for environmental purification such as wastewater treatment and water purification treatment utilizing its photocatalytic activity, surface decoration such as antifouling coating utilizing strong hydrophilicity and interference coloring film utilizing transparency. It can be suitably used for applications, such as photocatalytic functional window glass that utilizes both photocatalytic activity and transparency, for improving the living environment, and industrial applications such as an optical waveguide forming film that uses a high refractive index. (3) It is possible to provide a composite structure having a photocatalytic action in which the composite film is formed on the surface layer.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】図1は、本発明の複合膜の製造方法の概略を示
す。
FIG. 1 shows an outline of a method for producing a composite membrane of the present invention.

【図2】図2は、複合膜のX線粉末回折の結果を示す
(回折角25度の位置の回折線が結晶質アナタース相の
存在を示す)。
FIG. 2 shows the results of X-ray powder diffraction of the composite film (the diffraction line at the diffraction angle of 25 ° indicates the presence of a crystalline anatase phase).

【図3】図3は、複合膜のX線粉末回折の結果を示す
(回折角25度の位置の回折線が結晶質アナタース相の
存在を示す)。
FIG. 3 shows the results of X-ray powder diffraction of the composite film (the diffraction line at the diffraction angle of 25 ° indicates the presence of a crystalline anatase phase).

【図4】図4は、チタニア膜の膜厚と反応時間の関係を
示す。
FIG. 4 shows the relationship between the thickness of a titania film and the reaction time.

【図5】図5は、親水性及び疎水性基板上に形成される
チタニア膜の膜厚と反応時間の関係を示す。
FIG. 5 shows the relationship between the film thickness of a titania film formed on hydrophilic and hydrophobic substrates and the reaction time.

【図6】図6は、紫外−可視光領域におけるガラスの光
の透過率を計測した結果を示す。
FIG. 6 shows the results of measuring the light transmittance of glass in the ultraviolet-visible light region.

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Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 チタンとは異種の金属を成分とする金属
化合物膜を1層又は複数層有し、最表面にチタン酸化物
膜を有する複合膜を製造する方法であって、(1)チタ
ンアルコキシド溶液中に、チタンとは異種の金属を成分
とする金属化合物膜を表面に1層又は複数層有する基体
を浸漬する、(2)該チタンアルコキシドを加水分解す
ることにより液中に直径1〜30nmの低密度チタン酸
コロイドを生ぜしめる、(3)これらの基体への付着と
脱水重縮合により液中で該基体の表面をチタン酸化物を
以て被覆せしめる、ことを特徴とする複合膜の製造方
法。
1. A method for producing a composite film having one or a plurality of metal compound films containing a metal different from titanium as a component and having a titanium oxide film on the outermost surface, comprising: (1) titanium A substrate having one or a plurality of metal compound films containing a metal different from titanium as a component is immersed in an alkoxide solution. (2) The titanium alkoxide has a diameter of 1 to 1 in the liquid by being hydrolyzed. (3) A method for producing a composite film, which comprises producing a low-density titanic acid colloid having a thickness of 30 nm, and (3) coating the surface of the substrate with titanium oxide in a liquid by adhesion to these substrates and dehydration polycondensation. .
【請求項2】 チタンとは異種の金属を成分とする金属
化合物膜が、非晶質シリカからなる請求項1に記載の方
法。
2. The method according to claim 1, wherein the metal compound film containing a metal different from titanium as a component is made of amorphous silica.
【請求項3】 非晶質シリカからなる膜が、熱処理によ
り高密度化されている請求項2に記載の方法。
3. The method according to claim 2, wherein the film made of amorphous silica is densified by heat treatment.
【請求項4】 チタンアルコキシドが、チタンテトラメ
トキシド、チタンテトラエトキシド、チタンテトライソ
プロポキシド、及びチタンテトラブトキシドの群から選
ばれた少なくとも1種以上である請求項1に記載の方
法。
4. The method according to claim 1, wherein the titanium alkoxide is at least one selected from the group consisting of titanium tetramethoxide, titanium tetraethoxide, titanium tetraisopropoxide, and titanium tetrabutoxide.
【請求項5】 溶媒であるアルコールが、メタノール、
エタノール、及びイソプロパノールの群から選ばれた少
なくとも1種以上である請求項1に記載の方法。
5. An alcohol as a solvent is methanol,
The method according to claim 1, wherein the method is at least one selected from the group consisting of ethanol and isopropanol.
【請求項6】 上記反応液の保持温度が、0℃以上10
0℃以下である請求項1記載の方法。
6. The holding temperature of the reaction solution is 0 ° C. or higher and 10
The method according to claim 1, which is 0 ° C or lower.
【請求項7】 請求項1から6のいずれかに記載の方法
により得られた複合膜を、熱処理することでチタン酸化
物を結晶質アナタース相に転移せしめることを特徴とす
る複合膜の製造方法。
7. A method for producing a composite film, which comprises subjecting a composite film obtained by the method according to claim 1 to heat treatment to transform titanium oxide into a crystalline anatase phase. .
【請求項8】 300℃以上1000℃以下で熱処理す
る請求項6に記載の方法。
8. The method according to claim 6, wherein the heat treatment is performed at 300 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower.
【請求項9】 請求項1から8のいずれかに記載の方法
により得られた複合膜であって、基体の表面に接合され
た、均一な0.01−100μmの厚みの、チタンとは
異種の金属を成分とする金属化合物膜を1層又は複数層
有し、最表面に均一な0.01−100μmの厚みのチ
タン酸化物膜を有することを特徴とする複合膜。
9. A composite film obtained by the method according to any one of claims 1 to 8, which is bonded to the surface of a substrate and has a uniform thickness of 0.01 to 100 μm, which is different from titanium. 1. A composite film comprising one or more metal compound films containing the metal as a component, and a titanium oxide film having a uniform thickness of 0.01-100 μm on the outermost surface.
【請求項10】 請求項9に記載の複合膜を表層に有す
ることを特徴とする光触媒作用を有する複合構造体。
10. A composite structure having a photocatalytic action, comprising the composite film according to claim 9 on a surface layer.
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